9.3. Коррозия металлов

Коррозия – это самопроизвольный процесс разрушения металлов под действием окружающей среды.

По механизму протекания коррозионного процесса различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия – это разрушение металла в результате химического взаимодействия с окружающей средой. Она характерна для сред, не проводящих электрический ток. По условиям протекания коррозионного процесса различают: а) газовую коррозию – взаимодействие металла при высоких температурах с активным газообразными средами O₂, H₂S, SO₂, галогены и др.; б) коррозия в неэлектролитах – агрессивных органических жидкостях, таких, как нефть, нефтепродукты и др. Химическая коррозия встречается сравнительно редко и скорость ее невелика.

Электрохимическая коррозия – это разрушение металла под действием окружающей среды в результате возникновения гальванических пар. Множество микрогальванических пар возникает при контакте различных металлов в среде любого электролита, при наличии примесей в металле, при контакте металла с раствором электролита с различной концентрацией в разных точках раствора, при неоднородных механических напряжениях металла.

При электрохимической коррозии процесс взаимодействия металла с окислителем окружающей среды включает два взаимосвязанных процесса:

а) анодное окисление более активного металла:

Me⁰ - n  Meⁿ⁺

б) катодное восстановление окислителя окружающей среды:

- в кислой среде на поверхности катода будут восстанавливаться ионы Н⁺ и выделяться водород:

2Н⁺ + 2  Н₂

- в нейтральной и щелочной средах на поверхности катода будет восстанавливаться молекулярный кислород с образованием гидроксид-ионов:

О₂ + 2Н₂О + 4  4ОН^–

Кроме анодных и катодных реакций при электрохимической коррозии происходит длвижение электронов в металле с анодных участков на катодные и движение ионов в электролите. Электролитами могут быть растворы солей, кислот и оснований, морская вода, почвенная вода, вода атмосферы, содержащая CO₂, SO₂, O₂ и другие газы.

Для защиты металлов от коррозии используют различные методы: 1) защитные покрытия (металлические и неметаллические); 2) электрохимическую защиту; 3) легирование металлов; 4) изменение свойств коррозионной среды.

Пример. Хром находится в контакте с медью. Какой из металлов будет окисляться при коррозии? Приведите схемы электрохимической коррозии этой пары металлов в кислой среде (HCl) и атмосфере влажного воздуха.

Решение. Исходя из положения металлов в ряду стандартных электродных потенциалов, хром более активный металл и в образующейся гальванической паре будет анодом, а медь - катодом. Хром будет окисляться, а на поверхности меди в кислой среде будет выделяться водород, в атмосферной среде – гидроксид-ионы. Ионы Cr³⁺, образующиеся в результате коррозии хрома, в кислой среде образуют с ионами Cl^– хлорид хрома CrCl₃, в атмосфере – гидроксид хрома Cr(OH)₃.

Схема коррозии

в среде HCl в атмосфере влажного воздуха

А(–):Cr - 3  Cr³⁺ 2 А(–): Cr - 3  Cr³⁺ 4

К(+): 2H⁺ + 2  H₂ 3 К(+): O₂ + 2H₂O + 4  4OH^– 3

2Cr + 6H⁺  2Cr³⁺ + 3H₂ 4Cr + 3O₂ + 6H₂O  4Cr³⁺ + 12OH^–

2Cr + 6HCl  2CrCl₃ + 3H₂ 4Cr + 3O₃ + 6H₂O  4Cr(OH)₃